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Laserpulsabscheidung
(PLD)
Lasertechnologien
Laserpulsabscheidung (PLD)
Mittels Laserpulsabscheidung (engl. Pulsed Laser Deposition, PLD) werden am LHM seit einigen Jahrenzehnten funktionelle dünne Schichten hergestellt. Dabei wird im Vakuum mit hochenergetischen, fokussierten Laserpulsen Opfermaterial (sog. Target) schlagartig verdampft. Die so erzeugten atomaren und ionisierten Teilchen kondensieren auf dem Substrat und bilden die gewünschten Schichten. Diese weisen dabei dieselbe Stöchiometrie auf, wie das verwendete Targetmaterial.
Das Verfahren ermöglicht es, Schichten von wenigen Nanometern bis hin zu einigen 10 µm homogen abzuscheiden. Entsprechende Relativbewegungen zwischen Target und Substrat ermöglichen auch die gleichmäßige Beschichtung von komplexen Oberflächen und Bauteilen. Aufgrund des gerichteten Teilchenstroms können allerdings keine abgeschatteten Bereiche beschichtet werden.
Verschiedene Werkzeuge (Bohrer, Fräser, Wendeschneidplatten) aus Wolframcarbid-Hartmetall mit ta-C-Schicht.
Hüftgelenkendoprothese mit superharter amorpher Kohlenstoffschicht (ta-C), hergestellt mittels Laserpulsabscheidung.
Prinzipskizze der ta-C Abscheidung.
Wechselschichtsystem aus je 150 nm dicken TiB2- und 100 nm dicken h-BN-Subschichten auf WC-Hartmetall-Substrat mit einer Gesamtdicke des Schichtsystems von ca. 2,5 µm.
Industrietaugliche Beschichtungsanlage des Laserinstitut Hochschule Mittweida für die Abscheidung von Mehrschichtsystemen mit Magnetfeldablenkung.
Mittels Laserpulsabscheidung hergestellter Metallschichtstapel aus sechs verschiedenen Metallen bzw. Legierungen mit Einzelschichtdicken von wenigen Atomlagen. Das Layout entspricht dem eines spintronischen Sensor-Schichtsystems.
Superharte spannungsfreie ta-C-Schichten
Bei den am LHM erzeugten ta-C-Schichten handelt es sich um spezielle Vertreter der diamantartigen Kohlenstoffschichten (engl. diamond like carbon – DLC), welche sich durch ihre extreme Härte auszeichnen. Zudem können die Schichten nahezu spannungsfrei abgeschieden werden. Neben dem Einsatz zum Verschleißschutz finden die ta-C-Schichten aufgrund ihrer Eigenschaften auch in der Medizintechnik, der Lebensmittelindustrie oder der Sensorik Anwendung.
Schichteigenschaften: extreme Härte bis 70 GPa (frei einstellbar), nahezu spannungsfrei, hoch verschleißfest, geringer Reibkoeffizient ≤ 0,1, chemisch resistent, optisch transparent (VIS - IR), biokompatibel, hohe Wärmeleitfähigkeit
Substratmaterialien: Metalle, Legierungen, Kunststoffe und Gläser
Verschiedene Werkzeuge (Bohrer, Fräser, Wendeschneidplatten) aus Wolframcarbid-Hartmetall mit ta-C-Schicht.
Hüftgelenkendoprothese mit superharter amorpher Kohlenstoffschicht (ta-C), hergestellt mittels Laserpulsabscheidung.
Prinzipskizze der ta-C Abscheidung.
Mit ta-C beschichtete Hüftköpfe.
Borkarbid- Schichten
Borkarbid (B4C) als dritthärtestes aller bislang bekannten Materialien kann mittels PLD homogen und stöchiometrisch auf einer Vielzahl von Substratmaterialien vollständig spannungsfrei abgeschieden werden. Trotz der geringeren Härte im Vergleich zu ta-C, findet B4C dankt seiner deutlich besseren chemischen und thermischen Stabilität eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten. So besteht es auch in aggressiven Umgebungen bei Temperaturen > 1.000 °C.
Schichteigenschaften: Härte bis 50 GPa (frei einstellbar), spannungsfrei, hoch verschleißfest (auch gegenüber eisenhaltigen Werkstoffen), chemisch und thermisch beständig
Substratmaterialien: Metalle, Legierungen, Keramiken, Kunststoffe und Gläser
Wechselschichtsystem aus je 50 nm dicken B4C- und 100 nm dicken h-BN-Subschichten auf WC-Hartmetall-Substrat mit einer Gesamtdicke des Schichtsystems von ca. 1,5 µm.
Wechselschichtsystem aus je 150 nm dicken TiB2- und 100 nm dicken h-BN-Subschichten auf WC-Hartmetall-Substrat mit einer Gesamtdicke des Schichtsystems von ca. 2,5 µm.
Metallische Mehrschichtsysteme (Spintronische Schichten)
Die Abscheidung von metallischen Schichten und Mehrschichtsystemen mittels PLD-Verfahren bietet die besonderen Vorteile eines in weiten Parameterbereichen charakteristischen atomlagenweisen (Layer-by-Layer) Wachstums von Schichten, die hohe Reinheit des Verfahrens sowie die im Vergleich zu anderen geeigneten Verfahren hohen Schichtaufwachsraten. Damit können sehr dünne, geschlossene und dichte Metallschichten mit Dicken von wenigen Monolagen realisiert werden. Einsatz finden solche spintronischen Metallmehrschichtsysteme oder auch GMR-Schichtsysteme beispielweise in der Datenspeicherung und Sensorik.
Schichteigenschaften: exakte Einstellung der Schichtdicken im Subnanometerbereich möglich, Beschichtung bis zu 4" großer Wafer (Schichtdickenabweichung unter ± 5 %), Mehrschichtsysteme mit einer Grenzflächenrauheit von < 1 nm, max. 0,3 % der Schichtoberfläche mit Partikulaten bedeckt
Industrietaugliche Beschichtungsanlage des Laserinstitut Hochschule Mittweida für die Abscheidung von Mehrschichtsystemen mit Magnetfeldablenkung.
Mittels Laserpulsabscheidung hergestellter Metallschichtstapel aus sechs verschiedenen Metallen bzw. Legierungen mit Einzelschichtdicken von wenigen Atomlagen. Das Layout entspricht dem eines spintronischen Sensor-Schichtsystems.
Laserpulsabscheidung (PLD)
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Laserpulsabscheidung dünner Schichten
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Laser PVD zur Erzeugung von Hartstoffschichten
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